Kuinka valmistaa hammasimplantteja ja -kruunuja nopeammin ja taloudellisemmin? Tähän etsitään vastausta Business Finlandin osittain rahoittamassa yhteisinnovaatio projektissa, CerAM:ssa. Aiheeseen tarvitaan tarkkaa pohjatyötä, jonka parissa Nonna Nurmi on tehnyt diplomityönsä.
Tällä hetkellä hammasimplantit ja kruunut jyrsitään potilaan fysiikan vaatimaan uniikkiin muotoonsa yhdestä materiaalikuutiosta. Jyrsinnän jäljiltä jopa 95% materiaalista joutuu jätteeksi.
"Se on huono asia, koska materiaalit maksavat rahaa ja jätettä koetamme tietenkin välttää. Vaihtoehtona voimme käyttää 3D-tulostamista, josta jää vähemmän jätteitä", Nurmi kertoo.
"Metodi, jota hyödynnämme tulostuksen yhteydessä, on nimeltään stereolitografia. Käytämme 3D-tulostettua muovia, jossa on keraamipulveria seassa. Tulostuksen jälkeen muovi poltetaan pois. Tämä täytyy tehdä erittäin hitaasti, sillä muutoin tulostettu kappale halkeaa hyvin helposti."
Polttoprosessissa voi mennä jopa viikko ja se on liikaa, jos implantti tahdotaan valmistaa ekonomisesti. Apuna tähän on Nurmen diplomityö, jossa hän tutki nopeampaa polttoprosessia.
"Jotta polttoprosessista voidaan tehdä nopeampi, osa tulostetun kappaleen muoveista voidaan polttaa pois hiilidioksidilla."
Näyte, tai 3D-printattu kappale laitetaan erityiseen kammioon, jonka lämpötilaa nostetaan ja jota paineistetaan. Tällä tavalla hiilidioksidi muuttuu niin sanotusti ylikriittiseksi saaden nesteen ja kaasun ominaisuuksia, jolloin se läpäisee tulostetun kappaleen pinnan "pesten" pois osan muovista.
"Ylikriittinen hiilidioksidi tekee kappaleen rakenteesta huokoisen, jolloin loppu muovista palaa helpommin pois ilman, että tuloste halkeaa."
Monitieteistä oppimista
Tutkimusta tehdään Tamlinkin koordinoimassa CerAM-yhteisinnovaatioprojektissa, jonka tavoitteena on nopea, luotettava ja joustava keraamisten materiaalien valmistusprosessi.
Nurmen mukaan on ollut hyvin palkitsevaa erikoistua niin moneen eri aiheeseen diplomityön tiimoilta. Hän on päässyt tutustumaan laajasti muoveihin, keraameihin, kemiaan ja fysiikkaan – sekä tietenkin 3D-tulostamiseen. Näitä kaikkia on yhdistelty tutkimusta tehdessä.
"Lisäksi kävimme professori Erkki Leväsen sekä Suomen Akatemian tutkijatohtori Erkka Frankbergin kanssa erittäin hyviä keskusteluita. Olen myös saanut vapaasti tutustua kaikkeen hyvään kirjallisuuteen aiheesta."
Nurmi on myös hyvin kiitollinen CerAM-projektin hyvästä ilmapiiristä sekä osapuolten tarjoamista eri näkökulmista ja havainnoista.
"CerAM-projektin osapuolet ovat olleet hyvin ystävällisiä. Meillä on ollut mahtavia keskusteluita ja on ollut upeaa voida jakaa tutkimustuloksia luottamuksella."
Nurmen mukaan CerAM:n tutkimusryhmä jatkaa tutkimusta, kunnes löytyy paras tapa 3D-tulostaa pieniä kappaleita, kuten hampaita ja kruunuja. Diplomityönsä valmistumisen jälkeen Nurmi onkin aloittanut tohtoriopintonsa aiheesta.
Tohtoriopintojen ensimmäinen artikkeli pohjautuu Nurmen diplomityöhön, jonka aiheesta hän myös puhuu heinäkuun alussa ECerS-konferenssissa Ranskan Lyonissa.
Tutustu Nurmen diplomityöhön täällä..
Nea Alanen
CerAM
Business Finlandin rahoittamassa kaksivuotisessa yhteisinnovaatioprojektissa pyritään nopeaan, luotettavaan ja joustavaan keraamisten materiaalien valmistusprosessiin. Tamlink koordinoi keväällä 2022 alkanutta cerAM-projektia, jossa ovat mukana tutkimuslaitoksena Tampereen yliopisto, sekä yritysosapuolina Planmeca, Wisematic, Millidyne, Metso Outotec, sekä Valmet.
Hankkeessa tehtävällä innovaatiotyöllä on erittäin suuri vaikutus keraamien laajempaan käyttöön eri teollisuuden aloilla, koska valmistettavan kappaleen muoto ei ole tulevaisuudessa enää rajoitus. Keraamikomponentteja päästään hyödyntämään tulevaisuudessa käyttökohteissa, joihin tähän mennessä ei ole ollut teknisesti, taloudellisesti ja/tai laadullisesti mahdollista valmistaa sopivia kappaleita keraamimateriaaleista.